Xavier Sarazin Lundi 23 Mai 2011 NEMO-3 NEMO-3 France CENBG Bordeaux IPHC Strasbourg LAL Orsay LPC Caen Xavier Sarazin Lundi 23 Mai 2011

Le détecteur NEMO-3 ~20 m2 ~ 10 kg isotopes  Source: feuille ~50 mm, Chambre à fils: Reconstruction 3 dimensions de la trajectoire des électrons ~ 6000 cellules, 40 000 fils Calorimètre: 1940 scintillateurs plastiques + PMT basse radioactivité Un serviteur de la science Sous 2000 m de roche 2000 camions par jour Tube de calibration Une échelle… Une mouche !…

Été 2001 à Modane

Juin 2002 à Modane

Décembre 2004 à Modane

Extrait d’un film du SCAVO lors de l’assemblage des 20 secteurs Modane, Printemps 2002

Le camembert de NEMO-3 100Mo 6.914 kg 82Se 0.932 kg bb0n search bb2n measurement 116Cd 405 g Qbb = 2805 keV 96Zr 9.4 g Qbb = 3350 keV 150Nd 37.0 g Qbb = 3367 keV 48Ca 7.0 g Qbb = 4272 keV 130Te 454 g Qbb = 2529 keV External bkg measurement natTe 491 g 100Mo 6.914 kg Qbb = 3034 keV 82Se 0.932 kg Qbb = 2995 keV Cu 621 g (Enriched isotopes produced by centrifugation in Russia) bb0n search

Exemple d’une désintégration bb observée dans NEMO3 Deposited energy: E1+E2= 2088 keV Internal hypothesis: (Dt)mes –(Dt)theo = 0.22 ns Common vertex: (Dvertex) = 2.1 mm Vertex emission Transverse view Run Number: 2040 Event Number: 9732 Date: 2003-03-20 (Dvertex)// = 5.7 mm Vertex emission Longitudinal view Déclenchement 1 PM > 150 keV + 3 cellules Geiger (2 couches voisines + 1)  Taux de déclenchement ~ 5.5 Hz Une désintégration bb observée toutes les 2 minutes

Mesure bb2n 100Mo T1/2(bb2n) = (7.17 ± 0.01stat ± 0.43syst) 1018 ans Phase 2 Dec. 2004 – Dec. 2009 3.49 ans de données Data: 622619 évènements 2-électrons Simulations Monte-Carlo: 614534 évènements bb 8083 évènements Bruit de Fond S/B = 76 T1/2(bb2n) = (7.17 ± 0.01stat ± 0.43syst) 1018 ans

Pour découvrir un signal bb0n, il faut avant tout un bruit de fond quasi nul ! 7 kg de 100Mo = 4. 1025 noyaux ~ 100.000.000 évènements enregistrés / an ~ 176 000 désintégrations bb2n / an T1/2 (bb2n) = 7 1018 ans Bruit de fond ~ 3 coups/an autour de 2.8 MeV pour atteindre une sensibilité de T1/2(bb0n) ~ 1024 ans avec 5 ans de données ?

Origine des bruits de fond Les « gammas » venant de l’exterieur: - Radioactivité naturelle du détecteur - gammas du laboratoire - neutrons du laboratoire Radioactivité naturelle dans les feuilles source  les deux ennemis sont le 232Th (208Tl) et le 238U (214Bi) Le Radon (214Bi) dans la chambre à fils 220Rn 218Po++ Chacun de ces bruits de fond est mesuré directement grâce à des topologies d’évènements particulières

Mesure des gammas externes e- traversant (e-,g) externe

Mesure des gammas externes e- traversant (e-,g) externe Energie totale des deux scintillators (MeV) Energie de l’électron (MeV)

Mesure du 208Tl (232Th) dans les feuilles sources bb Feuilles bb A (mBq/kg) AHPGe(mBq/kg) 82Se 0.44 ± 0.04 0.40 ± 0.13 150Nd 9.32 ± 0.32 10 ± 1.7 100Mo (m) 100Mo (c) 0.11 ± 0.01 0.12 ± 0.01 <0.13 <0.17 Accord entre mesures NEMO-3 et HPGe Contamination 208Tl des feuilles 100Mo: A(208Tl) ~ 100 mBq/kg

Mesure du taux de Radon dans la chambre à fils 214Bi → 214Po → 210Pb b a (164 ms) 214Bi  214Po (164 ms)  210Pb b- a T1/2=162.9 ms Delay time of the a track (ms) 214Bi on the surface of the source foil 214Bi déposé sur les fils b- delayed a Phase 1: Fev. 2003 → Sept. 2004 Forte Contamination Radon Phase 2: Dec. 2004 → Janv. 2011 A (Radon) ≈ 5 mBq/m3 Monitoring journalier du taux de Radon

Radon Trapping Facility Octobre 2004 150 m3/heure -50 Co But du jeu: piéger le Radon plusieurs semaines dans ces grosses cheminées noires remplies de « charbon actif»

Test de la mesure du bruit de fond avec les feuilles Cuivre Un secteur équipé d’une feuille de cuivre ultra radiopure Topologie e-,e- interne (similaire à désintégration bb) Pétard ça marche !

A-t-on finalement découvert un signal bb0n ?

bb0n results with 100Mo Tobs = 3.85 years M(100Mo) = 6.914 kg

bb0n results with 82Se Tobs = 3.85 years M(82Se) = 932 g

bb2n results with the other isotopes

Le démontage de NEMO-3 est en cours… … Sa construction fut une longue aventure…

Des travaux au fin fond de la montagne…

Des travaux de haute voltige…

Des outils modernes développés par de jeunes physiciens dynamiques…

Des milliers de câbles, embases PMT, fibres optiques… … et seulement quelques câbleurs et physiciens …

No comment….

NEMO-3 en quelques dates 1993 Proposal 1996 Tissage du premier secteur au LAL 1999 Début installation détecteur à Modane Août 2001 20ème et dernier secteur installé à Modane Déc. 2001 Mise sous tension de la chambre à fils Juin 2002 Détecteur + blindage complet 14 Fev. 2003 Début prises de données physiques (Phase 1) Oct. 2004 Mise en fonctionnement système Anti-Radon Décembre 2004 Début prises de données “sans Radon” (Phase 2) Juin 2005 Incendie dans le tunnel: arrêt du détecteur durant 1 mois Déc. 2004 – Janv. 2011 6 ans de prises de données sans interruption 11 Janvier 2011 Arret des prises de données de NEMO-3 17 ans Phase 1 ~ 1an de données Phase 2 ~ 4 ans de données

Merci à vous tous… Ce qu’un « beta » aura vu du Monde à sa sortie d’une feuille source dans le détecteur NEMO-3… Merci à vous tous…

BACKUP

Summary of the bb0n results obtained with NEMO-3 N.M.E. 1-3 1-3;7

Suivi de stabilité du calorimètre et des gains PMTs Calibration en énergie et mesure de l’efficacité de détection « 2-électrons » réalisées grâce à des sources 207Bi (deux électrons de conversion de ~ 0.5 et 1 MeV) Suivi de stabilité du calorimètre et des gains PMTs réalisé grâce à des runs laser (deux fois par jour)  permet de rejeter des PMTs avec gain instable

Dans la fenêtre en énergie bb0n [2.8 – 3.2] MeV En résumé, voici les différents bruits de fond attendus pour le 100Mo dans la fenêtre en énergie du signal bb0n [2.8 – 3.2] MeV # coup/an [2.8 – 3.2] MeV Fraction bb2n T1/2=7.1020y 1.75 50% Radon (Phase 2) 5 mBq/m3 1 30% 208Tl in the foil ~ 100 mBq/kg 0.75 20% TOTAL 3.5 100% Bkg ~ 3.5 coups/an Dans la fenêtre en énergie bb0n [2.8 – 3.2] MeV

0 of 100Mo [2.8 , 3.2] MeV: Data: 10 events, Expected: 7.4 events Excluded at 90% C.L. 8.3 events Efficiency = 0.0786 [2.8 , 3.2] MeV: Data: 10 events, Expected: 11.2 events Excluded at 90% C.L. 6.1 events Efficiency = 0.0706

0 of 82Se [2.6 , 3.2] MeV: Data: 6 events, Expected: 5.8 events Excluded at 90% C.L. 5.6 events Efficiency = 0.159 [2.6 , 3.2] MeV: Data: 9 events, Expected: 7.4 events Excluded at 90% C.L. 7.4 events Efficiency = 0.148